本發(fā)明屬于集裝箱數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

目前，移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求急劇增長，越來越多的數(shù)據(jù)中心被建設(shè)起來。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心的設(shè)備密度也越來越高，尤其我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，總量已超過4₀萬個(gè)，其功率密度也越來越大，造成了數(shù)據(jù)中心能耗的增加。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球數(shù)據(jù)中心總量已超過300萬個(gè)，耗電量占全球總耗電量的比例為1.1%～1.5%，其高能耗問題已引起各國政府的高度重視。另外，數(shù)據(jù)中心的能源利用效率普遍較低，我國數(shù)據(jù)中心年耗電量超過全社會用電量的1.5%，其中大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE仍普遍大于2.2，與國際先進(jìn)水平相比有較大差距。對擁有數(shù)據(jù)中心的企業(yè)來說，每年的能耗成本是非常大的，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生大量的溫室氣體排放，消耗大量的水資源，其設(shè)備廢棄后造成較大污染，給資源和環(huán)境帶來巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)達(dá)國家目前普遍通過應(yīng)用節(jié)能、節(jié)水、低碳等技術(shù)產(chǎn)品以及先進(jìn)管理方法建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)能源效率最大化和環(huán)境影響最小化。如美國政府實(shí)施了“數(shù)據(jù)中心能源之星”、“聯(lián)邦數(shù)據(jù)中心整合計(jì)劃”，歐盟實(shí)施了“數(shù)據(jù)中心能效行為準(zhǔn)則”，國際綠色網(wǎng)格組織開展了數(shù)據(jù)中心節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制定和最佳實(shí)踐推廣，建立了綠色數(shù)據(jù)中心的推進(jìn)機(jī)制，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保水平的提升。目前，美國數(shù)據(jù)中心平均電能使用效率（PUE）已達(dá)1.9，先進(jìn)數(shù)據(jù)中心PUE已達(dá)到1.2以下。

在我國，常見的集裝箱數(shù)據(jù)中心主要使用水冷或者制冷劑制冷回路，無論冷凝器側(cè)冷卻介質(zhì)的溫度高低，壓縮機(jī)都持續(xù)運(yùn)行，消耗的電力很大。

因此，本發(fā)明提出了一種采用載冷劑輸冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)，適用于中國大部分地區(qū)集裝箱數(shù)據(jù)中心，對降低數(shù)據(jù)中心PUE有著極大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心用空調(diào)機(jī)組存在的能耗大，PUE值較高的問題，提供一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)及其工作方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案：

一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)，包括制冷劑制冷回路和載冷劑輸冷回路，其特征在于：所述制冷劑制冷回路包括依次進(jìn)行管路連接的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、電動閥Ⅰ、板式換熱器Ⅱ、節(jié)流裝置和流量計(jì)Ⅰ，流量計(jì)Ⅰ連接蒸發(fā)器形成回路；所述載冷劑輸冷回路包括依次進(jìn)行管路連接的板式換熱器Ⅰ、單向閥、儲液罐、載冷劑泵、冷凝器、電動閥Ⅱ和流量計(jì)Ⅱ，流量計(jì)Ⅱ連接板式換熱器Ⅰ形成回路；

還包括控制器，所述控制器電性連接風(fēng)機(jī)、溫濕度傳感器Ⅰ與溫濕度傳感器Ⅱ，并控制電動閥Ⅰ、電動閥Ⅱ、載冷劑泵。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)器與板式換熱器Ⅰ、風(fēng)機(jī)組成室內(nèi)機(jī)，回風(fēng)在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)板式換熱器Ⅰ再經(jīng)蒸發(fā)器完成冷卻降溫，風(fēng)機(jī)為集裝箱內(nèi)的氣流組織提供動力；

所述冷凝器和板式換熱器Ⅱ組成室外機(jī)，制冷劑在冷凝器與空氣進(jìn)行換熱，載冷劑在板式換熱器Ⅱ處于空氣換熱，冷凝器與板式換熱器Ⅱ均配有風(fēng)機(jī)。

作為優(yōu)選，所述溫濕度傳感器Ⅰ設(shè)置在室內(nèi)機(jī)回風(fēng)處，所述溫濕度傳感器Ⅱ設(shè)置在室外機(jī)上。集裝箱外的環(huán)境溫度時(shí)刻在發(fā)生著變化，在空調(diào)室內(nèi)機(jī)回風(fēng)處和集裝箱外設(shè)置精密的溫濕度傳感器，兩個(gè)系統(tǒng)回路閥門應(yīng)采用電動閥進(jìn)行控制，壓縮機(jī)和載冷劑泵應(yīng)采取具有變頻功能，制冷劑制冷回路和載冷劑輸冷回路需要分別設(shè)置制冷劑和載冷劑的流量計(jì)，這樣既能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，保證系統(tǒng)能夠以最佳參數(shù)運(yùn)行，又可以減輕運(yùn)行維護(hù)人員的工作壓力。

室內(nèi)機(jī)由同一個(gè)風(fēng)機(jī)為集裝箱內(nèi)的氣流組織提供動力，額定功率需滿足風(fēng)量最大時(shí)的所需功率，采用變頻EC風(fēng)機(jī)，在保證免維護(hù)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能的目的。

作為優(yōu)選，所述板式換熱器Ⅰ下游至儲液罐之間的管路沿載冷劑流動方向傾斜，防止積液。

一種上述空調(diào)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）溫濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度T₀；

（2）當(dāng)T₀≤10℃時(shí)，制冷劑制冷回路與載冷劑輸冷回路同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)T₀＞10℃時(shí)，僅啟動制冷劑制冷回路工作,至T₀≤10℃，啟動載冷劑輸冷回路；

（3）聯(lián)合供冷系統(tǒng)向集裝箱內(nèi)輸冷，直至溫度低至制冷劑制冷回路停機(jī)；

（4）制冷劑制冷回路停機(jī)，載冷劑在回路內(nèi)流動，利用自然冷源繼續(xù)供冷；

（5）溫濕度傳感器持續(xù)監(jiān)測環(huán)境溫度，T₀再次升高后，返回步驟（2）進(jìn)行循環(huán)。

作為優(yōu)選，T₀＞10℃時(shí)，集裝箱內(nèi)外環(huán)境溫差較小，啟動載冷劑輸冷系統(tǒng)的效果并不明顯，集裝箱數(shù)據(jù)中心完全靠制冷劑制冷回路制冷。此時(shí)，所述步驟（2）通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（a1）控制器控制載冷劑泵停機(jī)，冷凝器停機(jī)，關(guān)閉電動閥Ⅱ；

（a2）載冷劑停止流入板式換熱器Ⅰ；

（a3）管路中余留的載冷劑流入儲液罐，單向閥阻止載冷劑回流。

作為優(yōu)選，T₀≤10℃時(shí)，集裝箱數(shù)據(jù)中心啟動載冷劑輸冷系統(tǒng)，控制器控制載冷劑泵運(yùn)行，載冷劑回路的電動閥開啟。制冷劑制冷回路同時(shí)運(yùn)行，所述步驟（2）通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（b1）控制器控制載冷劑泵與冷凝器正常運(yùn)行，電動閥Ⅱ開啟；

（b2）載冷劑在管路中流動；

（b3）制冷劑制冷回路同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)集裝箱內(nèi)外環(huán)境溫度及載冷劑流量，計(jì)算載冷劑輸冷功率，降低制冷劑制冷回路承擔(dān)的冷負(fù)荷與功耗。

作為優(yōu)選，所述步驟（3）是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

（c1）制冷劑制冷回路與載冷劑輸冷回路同時(shí)工作，T₀持續(xù)降低；

（c2）集裝箱內(nèi)外溫差到達(dá)設(shè)計(jì)參數(shù)值。載冷劑輸冷功率能完全承擔(dān)集裝箱內(nèi)的冷負(fù)荷；

（c3）控制器控制電動閥Ⅰ關(guān)閉，壓縮機(jī)停止運(yùn)行，冷凝器停機(jī)。此時(shí)，完全利用自然冷源進(jìn)行供冷，并且載冷劑在密閉回路中流動，與集裝箱內(nèi)外空氣都是間接換熱，保證集裝箱內(nèi)環(huán)境的清潔。

作為優(yōu)選，有機(jī)載冷劑易揮發(fā)，在啟動載冷劑輸冷回路前需檢查并補(bǔ)充載冷劑。

載冷劑輸冷回路開啟時(shí)，聯(lián)合供冷系統(tǒng)便開始利用環(huán)境的自然冷源并向箱內(nèi)輸送，直至溫度低至制冷劑制冷回路停機(jī)，完全利用自然冷源進(jìn)行供冷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供的一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)及其工作方法，與普通風(fēng)冷空調(diào)的差別在于該空調(diào)系統(tǒng)的冷熱量輸送側(cè)由兩個(gè)回路組成，一個(gè)回路自帶冷源，由制冷劑制冷回路供冷；另一個(gè)不自帶冷源，利用環(huán)境冷量進(jìn)行供冷并經(jīng)載冷劑輸冷回路進(jìn)行輸送。與普通數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)組相比，主要設(shè)備增加了兩個(gè)板式換熱器，動力設(shè)備增加了一臺在聯(lián)合供冷以及載冷劑輸冷回路單獨(dú)供冷時(shí)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和載冷劑泵，在環(huán)境溫度低于10℃時(shí)便可啟動載冷劑輸冷回路，代替制冷系統(tǒng)承擔(dān)了部分甚至全部負(fù)荷，減少制冷劑制冷回路的開機(jī)時(shí)間，降低壓縮機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，環(huán)境溫度低于10℃時(shí)間越長的地區(qū)，采用該聯(lián)合供冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果越顯著，對于集裝箱數(shù)據(jù)中心而言，系統(tǒng)增加一個(gè)載冷劑輸冷回路的設(shè)備投資，但是降低了運(yùn)行成本，投資和占地都比較少，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。與風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組相比，該聯(lián)合供冷形式提供了自然冷源的一種利用方式，增加了一個(gè)載冷劑輸冷回路，在該自然冷源利用回路中采用載冷劑泵取代了壓縮機(jī)，同等供冷量下的功率將會減小。另一方面，與冬季將室外冷空氣送入機(jī)房的直接利用方式不同，利用載冷劑輸送冷量，冷空氣在集裝箱外與板式換熱器內(nèi)的載冷劑換熱，不會進(jìn)入集裝箱，避免了帶入灰塵等隱患，也無需增加過濾器凈化空氣。

此外，本發(fā)明方法原理可靠，步驟簡單，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的工作方法流程圖。

其中，1–流量計(jì)Ⅰ；2–流量計(jì)Ⅱ；3-蒸發(fā)器；4-板式換熱器Ⅰ；5-溫濕度傳感器Ⅰ；6-單向閥；7-儲液罐；8-壓縮機(jī)；9-電動閥Ⅰ；10-載冷劑泵；11-板式換熱器Ⅱ；12-冷凝器；13-控制器；14-節(jié)流裝置,15-電動閥Ⅱ，16-溫濕度傳感器Ⅱ。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)，包括制冷劑制冷回路和載冷劑輸冷回路，所述制冷劑制冷回路包括依次進(jìn)行管路連接的蒸發(fā)器3、壓縮機(jī)8、電動閥Ⅰ9、板式換熱器Ⅱ11、節(jié)流裝置14和流量計(jì)Ⅰ1，流量計(jì)Ⅰ1連接蒸發(fā)器3形成回路；所述載冷劑輸冷回路包括依次進(jìn)行管路連接的板式換熱器Ⅰ4、單向閥6、儲液罐7、載冷劑泵10、冷凝器12、電動閥Ⅱ15和流量計(jì)Ⅱ2，流量計(jì)Ⅱ2連接板式換熱器Ⅰ4形成回路；

還包括控制器13，所述控制器13電性連接風(fēng)機(jī)、溫濕度傳感器Ⅰ5與溫濕度傳感器Ⅱ16，并控制電動閥Ⅰ9、電動閥Ⅱ15、載冷劑泵10。

在本實(shí)施例中，所述蒸發(fā)器3與板式換熱器Ⅰ4、風(fēng)機(jī)組成室內(nèi)機(jī)，回風(fēng)在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)板式換熱器Ⅰ4再經(jīng)蒸發(fā)器3完成冷卻降溫，風(fēng)機(jī)為集裝箱內(nèi)的氣流組織提供動力；

所述冷凝器12和板式換熱器Ⅱ11組成室外機(jī)，制冷劑在冷凝器12與空氣進(jìn)行換熱，載冷劑在板式換熱器Ⅱ11處于空氣換熱，冷凝器12與板式換熱器Ⅱ11均配有風(fēng)機(jī)。

室內(nèi)機(jī)由同一個(gè)風(fēng)機(jī)為集裝箱內(nèi)的氣流組織提供動力，額定功率需滿足風(fēng)量最大時(shí)的所需功率，采用變頻EC風(fēng)機(jī)，在保證免維護(hù)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能的目的。

在本實(shí)施例中，所述溫濕度傳感器Ⅰ5設(shè)置在室內(nèi)機(jī)回風(fēng)處，所述溫濕度傳感器Ⅱ16設(shè)置在室外機(jī)上。集裝箱外的環(huán)境溫度時(shí)刻在發(fā)生著變化，在空調(diào)室內(nèi)機(jī)回風(fēng)處和集裝箱外設(shè)置精密的溫濕度傳感器，兩個(gè)系統(tǒng)回路閥門應(yīng)采用電動閥進(jìn)行控制，壓縮機(jī)8和載冷劑泵10應(yīng)具有變頻功能，制冷劑制冷回路和載冷劑輸冷回路需要分別設(shè)置制冷劑和載冷劑的流量計(jì)，這樣既能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，保證系統(tǒng)能夠以最佳參數(shù)運(yùn)行，又可以減輕運(yùn)行維護(hù)人員的工作壓力。

在本實(shí)施例中，所述板式換熱器Ⅰ4下游至儲液罐7之間的管路沿載冷劑流動方向傾斜，防止積液。

本發(fā)明還提供一種上述節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的工作方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）溫濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境溫度T₀；

（2）當(dāng)T₀≤10℃時(shí)，制冷劑制冷回路與載冷劑輸冷回路同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)T₀＞10℃時(shí)，僅啟動制冷劑制冷回路工作,至T₀≤10℃，啟動載冷劑輸冷回路；

（3）聯(lián)合供冷系統(tǒng)向集裝箱內(nèi)輸冷，直至溫度低至制冷劑制冷回路停機(jī)；

（4）制冷劑制冷回路停機(jī)，載冷劑在回路內(nèi)流動，利用自然冷源繼續(xù)供冷；

（5）溫濕度傳感器持續(xù)監(jiān)測環(huán)境溫度，T₀再次升高后，返回步驟（2）進(jìn)行循環(huán)。

在本實(shí)施例中，T₀＞10℃時(shí)，集裝箱內(nèi)外環(huán)境溫差較小，啟動載冷劑輸冷系統(tǒng)的效果并不明顯，集裝箱數(shù)據(jù)中心完全靠制冷劑制冷回路制冷。此時(shí)，所述步驟（2）通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（a1）控制器13控制載冷劑泵10停機(jī)，冷凝器12停機(jī)，關(guān)閉電動閥Ⅱ15；

（a2）載冷劑停止流入板式換熱器Ⅰ4；

（a3）管路中余留的載冷劑流入儲液罐7，單向閥6阻止載冷劑回流。

在本實(shí)施例中，T₀≤10℃時(shí)，集裝箱數(shù)據(jù)中心啟動載冷劑輸冷系統(tǒng)，控制器13控制載冷劑泵10運(yùn)行，載冷劑回路的電動閥Ⅱ15開啟。制冷劑制冷回路同時(shí)運(yùn)行，所述步驟（2）通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

（b1）控制器13控制載冷劑泵10與冷凝器12正常運(yùn)行，電動閥Ⅱ15開啟；

（b2）載冷劑在管路中流動；

（b3）制冷劑制冷回路同時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)集裝箱內(nèi)外環(huán)境溫度及載冷劑流量，計(jì)算載冷劑輸冷功率，降低制冷劑制冷回路承擔(dān)的冷負(fù)荷與功耗。

在本實(shí)施例中，所述步驟（3）是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

（c1）制冷劑制冷回路與載冷劑輸冷回路同時(shí)工作，T₀持續(xù)降低；

（c2）集裝箱內(nèi)外溫差到達(dá)設(shè)計(jì)參數(shù)值，本實(shí)施例中載冷劑選用乙二醇，設(shè)定參數(shù)值為4℃，此時(shí)載冷劑輸冷功率能完全承擔(dān)集裝箱內(nèi)的冷負(fù)荷；

（c3）控制器控制電動閥Ⅰ9關(guān)閉，壓縮機(jī)8停止運(yùn)行，冷凝器12停機(jī)。此時(shí)，完全利用自然冷源進(jìn)行供冷，并且載冷劑在密閉回路中流動，與集裝箱內(nèi)外空氣都是間接換熱，保證集裝箱內(nèi)環(huán)境的清潔。

在本實(shí)施例中，選用的乙二醇載冷劑易揮發(fā)，在啟動載冷劑輸冷回路前需檢查并補(bǔ)充載冷劑。

載冷劑輸冷回路開啟時(shí)，聯(lián)合供冷系統(tǒng)便開始利用環(huán)境的自然冷源并向箱內(nèi)輸送，直至溫度低至制冷劑制冷回路停機(jī)，完全利用自然冷源進(jìn)行供冷。

本發(fā)明提供的一種聯(lián)合供冷的集裝箱數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)及其工作方法，與普通風(fēng)冷空調(diào)的差別在于該空調(diào)系統(tǒng)的冷熱量輸送側(cè)由兩個(gè)回路組成，一個(gè)回路自帶冷源，由制冷劑制冷回路供冷；另一個(gè)不自帶冷源，利用環(huán)境冷量進(jìn)行供冷并經(jīng)載冷劑輸冷回路進(jìn)行輸送。與普通數(shù)據(jù)中心空調(diào)機(jī)組相比，主要設(shè)備增加了兩個(gè)板式換熱器，動力設(shè)備增加了一臺在聯(lián)合供冷以及載冷劑輸冷回路單獨(dú)供冷時(shí)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)和載冷劑泵10，在環(huán)境溫度低于10℃時(shí)便可啟動載冷劑輸冷回路，代替制冷系統(tǒng)承擔(dān)了部分甚至全部負(fù)荷，減少制冷劑制冷回路的開機(jī)時(shí)間，降低壓縮機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，環(huán)境溫度低于10℃時(shí)間越長的地區(qū)，采用該聯(lián)合供冷空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果越顯著，對于集裝箱數(shù)據(jù)中心而言，系統(tǒng)增加一個(gè)載冷劑輸冷回路的設(shè)備投資，但是降低了運(yùn)行成本，投資和占地都比較少，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。與風(fēng)冷空調(diào)機(jī)組相比，該聯(lián)合供冷形式提供了自然冷源的一種利用方式，增加了一個(gè)載冷劑輸冷回路，在該自然冷源利用回路中采用載冷劑泵10取代了壓縮機(jī)，同等供冷量下的功率將會減小。另一方面，與冬季將室外冷空氣送入機(jī)房的直接利用方式不同，利用載冷劑輸送冷量，冷空氣在集裝箱外與板式換熱器內(nèi)的載冷劑換熱，不會進(jìn)入集裝箱，避免了帶入灰塵等隱患，也無需增加過濾器凈化空氣。

上述技術(shù)方案只是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了應(yīng)用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優(yōu)選的，而并不具有限制性的意義。